異構(gòu)無(wú)線系統(tǒng)室內(nèi)外無(wú)縫定位技術(shù)研究.pdf

1、導(dǎo)航定位是無(wú)線服務(wù)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，而無(wú)縫定位是導(dǎo)航定位服務(wù)當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。公眾對(duì)于基于位置信息服務(wù)（Location Based Services，LBS）的需求越發(fā)強(qiáng)烈，定位技術(shù)急需打破由應(yīng)用場(chǎng)景不同而造成的壁壘，通過(guò)各種技術(shù)手段形成無(wú)縫定位技術(shù)，更好地適應(yīng)未來(lái)LBS發(fā)展的需求。
　　目前室外定位技術(shù)基本成熟，以全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）為基礎(chǔ)的LBS服務(wù)已經(jīng)在

2、很大程度上滿足了民用領(lǐng)域的室外導(dǎo)航服務(wù)。但在室內(nèi)或城市峽谷等復(fù)雜環(huán)境下，GNSS技術(shù)尚不能提供可靠的定位服務(wù)。因此，室內(nèi)等高遮擋環(huán)境一度被認(rèn)為是定位服務(wù)的盲區(qū)，因而無(wú)縫定位的研究也一度局限于室內(nèi)定位技術(shù)研究。近年來(lái)，室內(nèi)定位技術(shù)成為研究熱點(diǎn)，大量室內(nèi)定位技術(shù)的涌現(xiàn)為室內(nèi)LBS提供了豐富的技術(shù)選擇，甚至部分室內(nèi)定位技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行商用嘗試。但由于室內(nèi)定位和室外定位是各自獨(dú)立發(fā)展的，二者存在著先天的縫隙。在此背景下室內(nèi)等復(fù)雜場(chǎng)景和室外等開(kāi)闊

3、場(chǎng)景間的縫隙就成為了無(wú)縫定位技術(shù)研究中的新焦點(diǎn)。如何構(gòu)造室內(nèi)外無(wú)縫銜接的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，成為無(wú)縫定位技術(shù)的最后一個(gè)瓶頸。
　　本課題首先分析了室內(nèi)外導(dǎo)航技術(shù)的現(xiàn)狀，尤其對(duì)無(wú)縫定位技術(shù)的發(fā)展路線進(jìn)行了分析。結(jié)合室內(nèi)和室外環(huán)境下的現(xiàn)有定位技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)無(wú)縫定位技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展方向進(jìn)行了總結(jié)。確定了將異構(gòu)定位系統(tǒng)進(jìn)行融合構(gòu)建無(wú)縫定位體系的策略，以最大化地利用現(xiàn)有的定位系統(tǒng)資源。將課題目標(biāo)定位為，解決室內(nèi)環(huán)境下的指紋圖建設(shè)成本問(wèn)題；設(shè)計(jì)

4、定位系統(tǒng)間的切換策略，以支持異構(gòu)無(wú)縫定位系統(tǒng)；將指紋定位的應(yīng)用環(huán)境擴(kuò)展到室外，彌補(bǔ)城市峽谷場(chǎng)景下的GNSS服務(wù)盲區(qū)。
　　文中對(duì)研究中所需要涉及到的背景理論進(jìn)行了介紹。明確了指紋定位的工作機(jī)理，以及指紋圖自主建立技術(shù)的基本原理。同時(shí)也對(duì)切換算法的常用手段進(jìn)行了總結(jié)。
　　由于室內(nèi)定位目前仍然沒(méi)有完全成熟，尚沒(méi)有能夠在該場(chǎng)景下穩(wěn)定工作的定位系統(tǒng)。本文首先對(duì)此傳統(tǒng)的定位盲區(qū)進(jìn)行研究。研究指出指紋定位技術(shù)有效地利用了室內(nèi)等復(fù)雜環(huán)境

5、的特點(diǎn)，有望成為未來(lái)室內(nèi)場(chǎng)景主要的定位技術(shù)手段。針對(duì)指紋定位中指紋圖的建立和維護(hù)這一關(guān)鍵問(wèn)題，本研究提出了一種自生長(zhǎng)式的指紋圖自主建立算法。算法基于志愿者上傳數(shù)據(jù)，不斷擴(kuò)大指紋圖的覆蓋面積。同時(shí)提出了一種基于KNN算法的指紋圖提取策略作為基于參與式感知指紋圖建立手段的核心技術(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)不同的指紋圖提取算法進(jìn)行對(duì)比分析表明KNN算法在指紋圖提取算法中具有更大的應(yīng)用價(jià)值。
　　在室內(nèi)外定位技術(shù)的銜接問(wèn)題上，本課題對(duì)定位系統(tǒng)間的切換技術(shù)也

6、進(jìn)行了分析。結(jié)合定位系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，研究中分析了切換的切換區(qū)設(shè)置問(wèn)題、切換觸發(fā)問(wèn)題、切換判決等問(wèn)題。針對(duì)指紋定位系統(tǒng)，本課題分別提出定位精度估計(jì)算法和基于歐氏距離的切換策略，形成系統(tǒng)間切換和邊緣切換的體系。
　　為擴(kuò)大指紋定位技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高無(wú)縫定位技術(shù)的魯棒性。本文對(duì)開(kāi)闊場(chǎng)景下使用指紋定位的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境變化導(dǎo)致的偶發(fā)性大幅定位誤差是限制指紋定位在空曠場(chǎng)景應(yīng)用的主要因素。針對(duì)開(kāi)闊場(chǎng)景下指紋定位所面臨的挑戰(zhàn)